"""
核反应堆两流体子通道分析程序的核心类

该模块实现了基于两流体模型的核反应堆子通道分析的主要功能，
包括子通道的几何结构定义、物理参数初始化、以及基本的计算流程。
"""

import numpy as np
import json
import os
from typing import Dict, List, Union, Optional

class SubchannelAnalysis:
    """
    子通道分析的主类
    
    该类实现了基于两流体模型的核反应堆子通道分析，可以模拟和分析
    3×3棒束16子通道系统中的冷却剂流动特性。
    
    属性:
        geometry (dict): 几何参数
        channel_types (dict): 子通道类型定义
        channel_geometry (dict): 子通道几何特性
        channel_connections (dict): 子通道连接关系
        operating_conditions (dict): 运行工况参数
        numerical_parameters (dict): 数值计算参数
    """
    
    def __init__(self, config_path: str):
        """
        初始化子通道分析器
        
        参数:
            config_path: 配置文件路径
        """
        # 加载配置文件
        self.load_config(config_path)
        
        # 初始化场变量
        self.initialize_field_variables()
        
    def load_config(self, config_path: str) -> None:
        """
        加载配置文件
        
        参数:
            config_path: 配置文件路径
        """
        with open(config_path, 'r') as f:
            config = json.load(f)
            
        # 加载各部分配置
        self.geometry = config['geometry']
        self.channel_types = config['channel_types']
        self.channel_geometry = config['channel_geometry']
        self.channel_connections = config['channel_connections']
        self.operating_conditions = config['operating_conditions']
        self.numerical_parameters = config['numerical_parameters']
        
        # 计算网格参数
        self.dz = self.geometry['channel_length'] / self.geometry['n_axial']
        
        # 计算总流通面积
        self.total_flow_area = sum(
            self.channel_geometry[self.channel_types[str(j+1)]]['flow_area']
            for j in range(self.geometry['n_channels'])
        )
        
    def initialize_field_variables(self) -> None:
        """
        初始化场变量
        
        包括:
        - 两相流动变量（空泡率、速度等）
        - 热工水力参数（压力、温度、焓等）
        - 传热参数
        """
        n_axial = self.geometry['n_axial']
        n_channels = self.geometry['n_channels']
        
        # === 两流体模型变量初始化 ===
        # 相分数
        self.alpha_l = np.zeros((n_axial, n_channels))  # 液相分数
        self.alpha_v = np.zeros((n_axial, n_channels))  # 气相分数
        
        # 速度场
        self.u_l = np.zeros((n_axial, n_channels))  # 液相轴向速度
        self.u_v = np.zeros((n_axial, n_channels))  # 气相轴向速度
        self.v_l = np.zeros((n_axial, n_channels))  # 液相横向速度
        self.v_v = np.zeros((n_axial, n_channels))  # 气相横向速度
        
        # 压力和温度场
        self.pressure = np.full((n_axial, n_channels), 
                              self.operating_conditions['inlet_pressure'])
        self.T_l = np.full((n_axial, n_channels), 
                          self.operating_conditions['inlet_temp'])
        self.T_v = np.full((n_axial, n_channels), 
                          self.operating_conditions['inlet_temp'])
        
        # 焓
        self.h_l = np.zeros((n_axial, n_channels))  # 液相焓
        self.h_v = np.zeros((n_axial, n_channels))  # 气相焓
        
        # 相变和传热参数
        self.gamma = np.zeros((n_axial, n_channels))  # 相变质量流量
        self.q_wl = np.zeros((n_axial, n_channels))  # 液相壁面热流密度
        self.q_wv = np.zeros((n_axial, n_channels))  # 气相壁面热流密度
        
        # 设置入口条件
        self.alpha_l[0, :] = 0.9  # 入口液相分数90%
        self.alpha_v[0, :] = 0.1  # 入口气相分数10%
        
        # 根据质量流量设置入口速度
        inlet_mass_flux = self.operating_conditions['inlet_mass_flux']
        # TODO: 需要添加物性计算模块来获取密度
        rho_l = 1000  # 临时使用水的密度
        self.u_l[0, :] = inlet_mass_flux / rho_l * self.alpha_l[0, :]
        self.u_v[0, :] = self.u_l[0, :] * 1.2  # 气相速度略大于液相
        
    def get_channel_connection_gaps(self) -> Dict[tuple, float]:
        """
        计算子通道间的连接系数（gap宽度）
        
        返回:
            Dict[tuple, float]: 子通道连接对及其对应的gap宽度
        """
        connection_gaps = {}
        for i in range(1, self.geometry['n_channels'] + 1):
            for j in self.channel_connections[str(i)]:
                if (i, j) not in connection_gaps and (j, i) not in connection_gaps:
                    # 根据子通道类型确定连接宽度
                    if (self.channel_types[str(i)] == 'corner' or 
                        self.channel_types[str(j)] == 'corner'):
                        gap_width = 0.02  # 角通道连接宽度
                    else:
                        gap_width = 0.025  # 其他通道连接宽度
                    connection_gaps[(i, j)] = gap_width
                    connection_gaps[(j, i)] = gap_width
        return connection_gaps
        
    def run_simulation(self) -> None:
        """
        运行模拟计算
        
        实现时间推进和迭代求解过程
        """
        # TODO: 实现完整的模拟计算过程
        pass
        
    def save_results(self, output_dir: str) -> None:
        """
        保存计算结果
        
        参数:
            output_dir: 输出目录路径
        """
        # TODO: 实现结果保存功能
        pass 